WO2018021234A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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WO2018021234A1
WO2018021234A1 PCT/JP2017/026677 JP2017026677W WO2018021234A1 WO 2018021234 A1 WO2018021234 A1 WO 2018021234A1 JP 2017026677 W JP2017026677 W JP 2017026677W WO 2018021234 A1 WO2018021234 A1 WO 2018021234A1
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rotation angle
angle position
scroll
discharge port
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康夫 水嶋
泰弘 村上
亮太 中井
匡宏 野呂
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ダイキン工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a scroll compressor.
  • the scroll compressor has a fixed scroll and a movable scroll having a shape such as an involute curve.
  • the volume of the compression chamber defined by the fixed scroll and the movable scroll is reduced in accordance with the revolving motion of the movable scroll, thereby compressing the fluid.
  • the compression chamber and the discharge port communicate with each other at a timing when the volume of the compression chamber is substantially minimized, and compressed high-pressure fluid is discharged from the discharge port to the outside.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-105589
  • a contour shape is designed to reduce the pressure loss of the fluid at the outlet.
  • An object of the present invention is to improve the performance by reducing the pressure loss throughout the operation of the scroll compressor.
  • the scroll compressor according to the first aspect of the present invention includes a fixed scroll, a movable scroll, and a crankshaft.
  • the movable scroll can revolve with respect to the fixed scroll.
  • the crankshaft can rotate while revolving the movable scroll.
  • the fixed scroll and the movable scroll define a compression chamber for compressing the fluid.
  • the fixed scroll is formed with a discharge port for discharging fluid from the compression chamber.
  • the movable scroll changes the communication area by at least partially covering the discharge port.
  • the communication area is an area of a portion that contributes to communication with the compression chamber in the total area of the discharge ports.
  • the first rotation angle position corresponds to an arrangement in which the compression chamber and the discharge port start communication.
  • the second rotation angle position is larger than the first rotation angle position by the preliminary discharge section angle.
  • the third rotation angle position is larger than the second rotation angle position. While the crankshaft rotates from the second rotation angle position to the third rotation angle position, the communication area increases at the second increase rate.
  • the second increase rate is greater than the first increase rate.
  • the communication area gradually increases during a predetermined period after the compression chamber and the discharge port start to communicate, that is, while the crankshaft rotates from the first rotation angle position to the second rotation angle position. At this time, a part of the fluid in the compression chamber is discharged at a small flow rate, so that the pressure of the fluid in the compression chamber decreases. Therefore, thereafter, it is possible to prevent the fluid from flowing back into the compression chamber while the crankshaft rotates from the second rotation angle position to the third rotation angle position.
  • the scroll compressor according to the second aspect of the present invention is the scroll compressor according to the first aspect, wherein the preliminary discharge section angle is 20 ° or more and 60 ° or less.
  • the communication area at the second rotation angle position is 7% or more and 15% or less of the total area of the discharge port. is there.
  • the communication area is 7% to 15% of the total area of the discharge port while the crankshaft rotates from the first rotation angle position to the second rotation angle position. Therefore, it is possible to reliably realize a discharge stage with a small flow rate.
  • the second increase rate is twice or more the first increase rate.
  • the second increase rate corresponding to the discharge stage with a high flow rate is at least twice the first increase rate corresponding to the discharge stage with a low flow rate. Therefore, since the flow rates of the two discharge stages change significantly, the reduction of the backflow is ensured.
  • the second increase rate is three times or more the first increase rate.
  • the second increase rate corresponding to the discharge stage with a high flow rate is three times or more of the first increase rate corresponding to the discharge stage with a low flow rate. Therefore, since the flow rates of the two discharge stages change more significantly, the backflow can be further reduced.
  • a scroll compressor according to a sixth aspect of the present invention is the scroll compressor according to any one of the first to fifth aspects, wherein the third rotation angle position is 90 ° or more larger than the second rotation angle position. .
  • the difference between the second rotation angle position and the third rotation angle position is defined. Therefore, the range of the rotational angle position of the crankshaft accompanying the increase in the communication area is determined in the discharge stage where the flow rate is high.
  • the scroll compressor according to the seventh aspect of the present invention is the scroll compressor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the preliminary discharge section angle is not less than 35 ° and not more than 60 °.
  • the preliminary discharge section angle is not less than 35 ° and not more than 60 °. Accordingly, since the value of the preliminary discharge section angle at which the fluid is discharged at a small flow rate is larger, the backflow of the fluid is further reliably suppressed.
  • a scroll compressor according to an eighth aspect of the present invention is the scroll compressor according to any one of the first aspect to the seventh aspect, wherein the contour of the discharge port coincides with the contour of the movable scroll, and the movable compressor And a shift portion that does not match the outline of the scroll.
  • the shift portion is sandwiched between two sections.
  • the shift part slightly increases the communication area. At this time, a part of the fluid in the compression chamber is discharged through the shift portion at a small flow rate, thereby reducing the pressure of the fluid in the compression chamber. Therefore, it is possible to prevent the fluid from flowing back to the compression chamber by an easy means.
  • a scroll compressor according to a ninth aspect of the present invention is the scroll compressor according to any one of the first aspect to the eighth aspect, wherein the movable scroll has a recess.
  • the contour of the recess is congruent with the contour of the discharge port.
  • the concave portion also has a shift portion. Therefore, it is possible to more effectively suppress the fluid from flowing back to the compression chamber.
  • the scroll compressor according to the first aspect, the second aspect, the eighth aspect, and the ninth aspect of the present invention it is possible to prevent the fluid from flowing back to the compression chamber.
  • the flow rates at the two discharge stages change significantly, so that the reduction of the backflow is ensured.
  • the range of the rotational angle position of the crankshaft accompanying the increase in the communication area is determined in the discharge stage with a large flow rate.
  • the back flow of the fluid is further reliably suppressed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a scroll compressor 10 according to a first embodiment of the present invention. It is a typical exploded view of the central part of compression element 50 concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • 4 is a top view of a wrap 52b of the movable scroll 52.
  • FIG. It is a typical top view of the center part of compression element 50 concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a typical top view of the center part of compression element 50 concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • 4 is a graph showing a change in communication area S due to rotation of a crankshaft 30. It is a typical top view of the center part of compression element 50 concerning a comparative example.
  • FIG. 1 is a sectional view of a scroll compressor 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the scroll compressor 10 compresses the low-pressure refrigerant of the sucked fluid into a high-pressure refrigerant and discharges it.
  • the scroll compressor 10 includes a casing 11, a motor 20, a crankshaft 30, a compression element 50, and a high-pressure space forming member 60.
  • the casing 11 accommodates the components of the scroll compressor 10.
  • the casing 11 includes a body part 11a, and an upper part 11b and a lower part 11c fixed to the body part 11a, and forms an internal space.
  • the casing 11 has a strength capable of withstanding the pressure of the high-pressure refrigerant existing in the internal space.
  • the casing 11 is provided with a suction pipe 15 for sucking low-pressure refrigerant that is a fluid and a discharge pipe 16 for discharging high-pressure refrigerant that is a fluid.
  • the motor 20 generates power necessary for the compression operation.
  • the motor 20 has a stator 21 fixed directly or indirectly to the casing 11 and a rotatable rotor 22.
  • the motor is driven by electric power supplied by a conductor (not shown).
  • crankshaft 30 is for transmitting the power generated by the motor 20 to the compression element 50.
  • the crankshaft 30 is pivotally supported by bearings fixed to the first bearing fixing member 70 and the second bearing fixing member 79, respectively, and can rotate together with the rotor 22.
  • the crankshaft 30 has a main shaft portion 31 and an eccentric portion 32. The main shaft portion 31 is fixed to the rotor 22.
  • the compression element 50 compresses the low-pressure refrigerant into a high-pressure refrigerant.
  • the compression element 50 includes a fixed scroll 51 and a movable scroll 52. Furthermore, a compression chamber 53 in which a compression operation is performed is formed in the compression element 50.
  • the fixed scroll 51 is fixed directly or indirectly to the casing 11.
  • the fixed scroll 51 includes a flat end plate 51a and a wrap 51b provided upright on the end plate 51a.
  • the wrap 51b is spiral, and has, for example, an involute curve shape.
  • a discharge port 55 is formed at the center of the end plate 51a.
  • the movable scroll 52 is attached to the eccentric portion 32 of the crankshaft 30 and can revolve while sliding with respect to the fixed scroll 51 by the rotation of the crankshaft 30.
  • the movable scroll 52 includes a flat end plate 52a and a wrap 52b provided upright on the end plate 52a.
  • the wrap 52b has a spiral shape and has, for example, an involute curve shape.
  • the compression chamber 53 is a space surrounded by the fixed scroll 51 and the movable scroll 52. Since the wrap 51b of the fixed scroll 51 and the wrap 52b of the movable scroll 52 are in contact with each other at a plurality of locations, a plurality of compression chambers 53 are formed simultaneously. Each compression chamber 53 decreases its volume while moving from the outer peripheral portion of the compression element 50 to the central portion as the movable scroll 52 revolves.
  • High pressure space forming member 60 The high pressure space forming member 60 divides the internal space of the casing 11 into a low pressure space 61 and a high pressure space 62.
  • the high-pressure space forming member 60 is provided in the vicinity of the discharge port 55 of the fixed scroll 51.
  • the high pressure space 62 extends to a range including the outside of the discharge port 55, the lower side of the first bearing fixing member 70, the periphery of the motor 20, and the periphery of the second bearing fixing member 79.
  • the motor 20 is driven by electric power to rotate the rotor 22.
  • the rotation of the rotor 22 is transmitted to the crankshaft 30, whereby the eccentric portion 32 revolves the movable scroll 52.
  • the low-pressure refrigerant is sucked into the low-pressure space 61 from the suction pipe 15 and then enters the compression chamber 53 located at the outer peripheral portion of the compression element 50.
  • the compression chamber 53 moves to the central portion while reducing the volume, and compresses the refrigerant in the process.
  • the high-pressure refrigerant generated by the compression exits from the compression element 50 at the discharge port 55, then flows into the high-pressure space 62, and finally from the discharge pipe 16 to the outside of the casing 11. Is discharged.
  • FIG. 2 is a schematic exploded view of the central portion of the compression element 50.
  • the lower side of the end plate 51a of the fixed scroll 51 and the upper side of the wrap 52b of the movable scroll 52 that slides on the fixed scroll 51 are depicted.
  • a discharge port 55 is provided in the end plate 51 a of the fixed scroll 51.
  • the discharge port 55 passes through the end plate 51a.
  • the contour of the discharge port 55 is provided with a later-described shift portion 55x.
  • FIG. 3 is a top view of the wrap 52b of the movable scroll 52.
  • the spiral shape of the wrap 52b is along the center curve 52x.
  • the center curve 52x is, for example, an involute curve.
  • the inner side 52i positioned on the center side of the wrap 52b and the outer side 52o positioned on the outer side are spaced apart from each other with the center curve 52x interposed therebetween, and the distance between the inner sides 52i is a constant value corresponding to the width of the wrap 52b in principle.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of the central portion of the compression element 50.
  • the wrap 51 b of the fixed scroll 51 has a spiral shape similar to that of the wrap 52 b of the movable scroll 52.
  • the position of the wrap 51 b of the fixed scroll 51 is fixed with respect to the discharge port 55.
  • the wrap 52b of the movable scroll 52 moves relative to the position of the discharge port 55.
  • the plurality of compression chambers 53 defined by the wrap 51b and the wrap 52b are of two types, an A chamber 53a and a B chamber 53b.
  • the A chamber 53 a is a compression chamber defined by the inner side 51 i of the wrap 51 b of the fixed scroll 51 and the outer side 52 o of the wrap 52 b of the movable scroll 52.
  • the B chamber 53 b is a compression chamber defined by the outer side 51 o of the wrap 51 b of the fixed scroll 51 and the inner side 52 i of the wrap 52 b of the movable scroll 52.
  • the wrap 52b partially covers the discharge port 55, thereby determining a communication area S that is an area of the total area of the discharge port 55 that contributes to communication with the A chamber 53a.
  • the lap 52b revolves counterclockwise to increase or decrease the communication area S.
  • FIG. 4 shows the position of the wrap 52b of the movable scroll 52 at a certain time in one cycle of revolution.
  • the outline of the discharge port 55 includes a first section 55a, a second section 55b, and a third section 55c.
  • the first section 55 a coincides with the inner side 51 i of the wrap 51 b of the fixed scroll 51.
  • the second section 55 b coincides with the outer side 52 o of the wrap 52 b of the movable scroll 52.
  • the third section 55c moves between the inner side 51i of the wrap 51b and the outer side 52o of the wrap 52b.
  • a small shift portion 55x that is shifted from the contour of the wrap 52b to the outside of the discharge port 55 is formed. That is, the second section 55b includes two divided sections, and the shift portion 55x is sandwiched between the two sections.
  • the shift portion 55x contributes to an increase in the communication area S.
  • the communication area S coincides with the area of the shift portion 55x.
  • FIG. 5 shows the position of the wrap 52b of the movable scroll 52 at a time that has passed for a while from the time of FIG.
  • the lap 52b is moved from the position shown in FIG. 4 by a revolving motion.
  • the communication area S exceeds the area of the shift portion 55x.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in the communication area S due to rotation of the crankshaft 30. This graph also shows a change in the communication area S of the discharge port 55 of the compression element 50 according to the comparative example shown in FIG. In the comparative example of FIG. 7, unlike the configuration according to the present invention, the shift portion 55 x is not formed in the second section 55 b of the contour of the discharge port 55.
  • the sixth is the rotation angle position ⁇ of the crankshaft 30.
  • the first rotation angle position ⁇ 1 corresponds to an arrangement in which the A chamber 53a and the discharge port 55 of the compression element 50 according to the present invention start to communicate.
  • the second rotation angle position ⁇ 2 is larger than the first rotation angle position ⁇ 1 by the preliminary discharge section angle ⁇ .
  • the third rotation angle position ⁇ 3 is larger than the second rotation angle position ⁇ 2 from the second rotation angle position.
  • the communication area S is zero before the rotation angle position ⁇ reaches the second rotation angle position ⁇ 2, and the communication area S after the rotation angle position ⁇ reaches the second rotation angle position ⁇ 2. Increases rapidly at a large second increase rate G2. This increase continues at least to the third rotation angle position ⁇ 3.
  • fluid refrigerant is discharged from the opening of the shift portion 55x during the period from the first rotation angle position ⁇ 1 to the second rotation angle position ⁇ 2.
  • the communication area S increases at a small first increase rate G1, and discharge with a small flow rate to be called “preliminary discharge” is performed.
  • the preliminary discharge is performed over a preliminary discharge section angle ⁇ which is a difference between the second rotation angle position ⁇ 2 and the first rotation angle position ⁇ 1.
  • This preliminary discharge section angle ⁇ is designed to be 20 ° or more and 60 ° or less.
  • the communication area S increases from zero to SP. In the main discharge, the communication area S increases from SP to at least SF.
  • a preliminary discharge section angle ⁇ having a predetermined size of 20 ° or more and 60 ° or less is secured. Therefore, the back flow of the fluid can be more reliably suppressed.
  • the communication area S may be set to be 7% to 15% of the total area of the discharge ports 55. In this case, preliminary discharge with a small flow rate can be reliably realized.
  • the second increase rate G2 for main discharge with a high flow rate may be more than twice the first increase rate G1 for preliminary discharge with a low flow rate. In this case, since the flow rates in the two discharge stages change significantly, the reduction of the backflow is ensured.
  • the second increase rate G2 for main discharge with a high flow rate may be three times or more the first increase rate G1 for preliminary discharge with a low flow rate. In this case, since the flow rates of the two discharge stages change more significantly, the backflow can be further reduced.
  • the third rotation angle position ⁇ 3 may be determined to be 90 ° or more larger than the second rotation angle position ⁇ 2. In this case, the size of the rotation angle range in which the main discharge can be performed can be maintained.
  • the preliminary discharge section angle ⁇ may be determined to be not less than 35 ° and not more than 60 °. In this case, since the value of the preliminary discharge section angle ⁇ at which the fluid refrigerant is preliminarily discharged at a small flow rate is larger, the backflow of the fluid refrigerant is further reliably suppressed.
  • the shift portion 55x slightly increases the communication area S. At this time, a part of the fluid inside the A chamber 53a of the compression chamber 53 is discharged through the shift portion 55x at a small flow rate, thereby reducing the pressure of the fluid inside the A chamber 53a. Therefore, it is possible to prevent the fluid from flowing back to the A chamber 53a with easy means.
  • FIG. 8 is a schematic view of the central portion of the compression element 50 according to a modification of the above-described embodiment of the present invention.
  • the shape of the shift portion 55x is different from the configuration of FIG.
  • the discharge port 55 since the contour of the discharge port 55 does not have a section with a small radius of curvature, the discharge port 55 can be easily processed in the manufacturing process of the scroll compressor 10.
  • FIG. 9 is a schematic exploded view of the central portion of the compression element 50 of the scroll compressor 10 according to the second embodiment of the present invention.
  • the structure of the end plate 52a of the movable scroll 52 is different from that of the first embodiment, and other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 9 shows the lower side of the wrap 51b of the fixed scroll 51 and the upper side of the end plate 52a of the movable scroll 52 that slides on the wrap 51b.
  • the end plate 52 a of the movable scroll 52 is provided with a recess 57.
  • the contour of the recess 57 is the same as the contour of the discharge port 55.
  • the recess 57 has a depth of 2 mm, for example, and does not penetrate the end plate 52a.
  • the recess 57 is provided with a shift portion 57x.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of the central portion of the compression element 50.
  • the positional relationship between the contour of the discharge port 55 and the contour of the concave portion 57 is point-symmetric, similar to the positional relationship between the wrap 51b of the fixed scroll 51 and the wrap 52b of the movable scroll 52.
  • the recess 57 communicates with the discharge port 55 in the central region of the compression element 50.
  • the shift portion 55x of the discharge port 55 contributes to an increase in the communication area related to the communication between the discharge port 55 and the A chamber 53a.
  • the shift portion 57x of the recess 57 contributes to an increase in communication area related to the communication between the discharge port 55 and the B chamber 53b.
  • the communication area related to the communication between the discharge port 55 and the B chamber 53b gradually increases for a predetermined period after the B chamber 53b and the discharge port 55 in the compression chamber 53 begin to communicate with each other. At this time, a part of the fluid refrigerant inside the B chamber 53b is discharged at a small flow rate, so that the pressure of the fluid refrigerant inside the B chamber 53b decreases. Therefore, it is possible to prevent the fluid refrigerant from flowing back to the B chamber 53b thereafter.

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Abstract

スクロール圧縮機（１０）は、固定スクロール（５１）、可動スクロール（５２）、クランク軸（３０）、圧縮室（５３）を備える。固定スクロール（５１）は、圧縮室（５３）から流体を吐出する吐出口（５５）を有する。可動スクロール（５２）は、吐出口（５５）を少なくとも部分的に覆うことによって、総面積のうち前記圧縮室との連通に寄与する部分の面積である連通面積（Ｓ）を変化させる。第１～第３回転角位置（θ１～θ３）はこの順で大きくなる。第１回転角位置（θ１）で、圧縮室（５３）と吐出口（５５）が連通を開始する。クランク軸（３０）が、第１回転角位置（θ１）から第２回転角位置（θ２）まで回転する間は、連通面積（Ｓ）は第１増加率（Ｇ１）で増加する。クランク軸（３０）が、第２回転角位置（θ２）から第３回転角位置（θ３）まで回転する間は、連通面積（Ｓ）は第２増加率（Ｇ２）で増加する。第２増加率（Ｇ２）は、第１増加率（Ｇ１）よりも大きい。

Description

スクロール圧縮機
　本発明は、スクロール圧縮機に関する。
　スクロール圧縮機は、インボリュート曲線などの形状を持つ固定スクロールおよび可動スクロールを有する。固定スクロールおよび可動スクロールによって規定される圧縮室の容積は、可動スクロールの公転運動に従って縮小し、これによって流体の圧縮が行われる。圧縮室の容積が概ね最小になるタイミングで圧縮室と吐出口が連通し、圧縮済みの高圧流体が吐出口から外へ吐出される。
　特許文献１（特開２０１４－１０５５８９号公報）が開示するスクロール圧縮機は、圧縮室と吐出口が連通する瞬間において吐出口と圧縮室の間の連通面積が急激に大きくなるように吐出口の輪郭形状が設計されており、これによって吐出口における流体の圧力損失を低減しようとしている。
　圧縮室と吐出口が連通する瞬間において連通面積が急激に大きくなる場合、流体の逆流が起こることがある。逆流により一度吐出された流体が再び圧縮されると、それに起因して圧力損失が生じる。この逆流による圧力損失の大きさは、連通の瞬間における連通面積の大きさを確保することによって得られた圧力損失の低減分を超過する場合がある。
　本発明の課題は、スクロール圧縮機の動作全体を通じて圧力損失を低減させることにより、その性能向上を図ることである。
　本発明の第１観点に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールと、可動スクロールと、クランク軸と、を備える。可動スクロールは、固定スクロールに対して公転可能である。クランク軸は、可動スクロールを公転させつつ回転可能である。固定スクロールおよび可動スクロールは、流体を圧縮するための圧縮室を規定する。固定スクロールには、圧縮室から流体を吐出するための吐出口が形成されている。可動スクロールは、吐出口を少なくとも部分的に覆うことによって、連通面積を変化させる。連通面積は、吐出口の総面積のうち圧縮室との連通に寄与する部分の面積である。第１回転角位置は、圧縮室と吐出口が連通を開始する配置に相当する。第２回転角位置は、第１回転角位置よりも予備吐出区間角度だけ大きい。クランク軸が、第１回転角位置から第２回転角位置まで回転する間は、連通面積は第１増加率で増加する。第３回転角位置は、第２回転角位置よりも大きい。クランク軸が、第２回転角位置から第３回転角位置まで回転する間は、連通面積は第２増加率で増加する。第２増加率は、第１増加率よりも大きい。
　この構成によれば、圧縮室と吐出口が連通し始めてから所定の間、すなわちクランク軸が第１回転角位置から第２回転角位置まで回転する間には、連通面積はゆるやかに増加する。このとき、圧縮室内の流体の一部が少ない流量で吐出されることによって、圧縮室内の流体の圧力が低下する。したがって、その後、クランク軸が第２回転角位置から第３回転角位置まで回転する間に流体が圧縮室へ逆流することを抑制できる。
　本発明の第２観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点に係るスクロール圧縮機において、予備吐出区間角度が２０°以上６０°以下である。
　この構成によれば、所定の大きさを有する予備吐出区間角度が確保される。したがって、流体の逆流をより確実に抑制できる。
　本発明の第３観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点または第２観点に係るスクロール圧縮機において、第２回転角位置における連通面積が、吐出口の総面積の７％以上１５％以下である。
　この構成によれば、クランク軸が第１回転角位置から第２回転角位置まで回転する間、連通面積は吐出口の総面積の７％以上１５％以下である。したがって、流量の少ない吐出段階を確実に実現できる。
　本発明の第４観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機において、第２増加率が、第１増加率の２倍以上である。
　この構成によれば、流量の多い吐出段階に相当する第２増加率は、流量の少ない吐出段階に相当する第１増加率の２倍以上である。したがって、２つの吐出段階の流量が有意に変化するので、逆流の低減が確実になる。
　本発明の第５観点に係るスクロール圧縮機は、第４観点に係るスクロール圧縮機において、第２増加率が、第１増加率の３倍以上である。
　この構成によれば、流量の多い吐出段階に相当する第２増加率は、流量の少ない吐出段階に相当する第１増加率の３倍以上である。したがって、２つの吐出段階の流量がより有意に変化するので、逆流の低減がさらに確実になる。
　本発明の第６観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第５観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機において、第３回転角位置が、第２回転角位置よりも９０°以上大きい。
　この構成によれば、第２回転角位置と第３回転角位置の差が規定される。したがって、流量の多い吐出段階において、連通面積の増加を伴うクランク軸の回転角位置の範囲が定められる。
　本発明の第７観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第６観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機において、予備吐出区間角度が３５°以上６０°以下である。
　この構成によれば、予備吐出区間角度は３５°以上６０°以下である。したがって、少ない流量で流体が吐出される予備吐出区間角度の値がより大きいので、流体の逆流がさらに確実に抑制される。
　発明の第８観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第７観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機において、吐出口の輪郭が、可動スクロールの輪郭と一致する２つの区間と、可動スクロールの輪郭と一致しないずれ部と、を含む。ずれ部は、２つの区間によって挟まれている。
　この構成によれば、ずれ部が連通面積をわずかに増加させる。このとき、圧縮室内の流体の一部が少ない流量でずれ部を通って吐出され、それによって圧縮室内の流体の圧力が低下する。したがって、流体が圧縮室へ逆流することを容易な手段で抑制できる。
　発明の第９観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第８観点のいずれか１つに係るスクロール圧縮機において、可動スクロールには凹部が形成されている。凹部の輪郭は、吐出口の輪郭と合同である。
　この構成によれば、凹部もまたずれ部を有する。したがって、流体が圧縮室へ逆流することをさらに効果的に抑制できる。
　本発明の第１観点、第２観点、第８観点、および第９観点に係るスクロール圧縮機によれば、流体が圧縮室へ逆流することを抑制できる。
　本発明の第３観点に係るスクロール圧縮機によれば、流量の少ない吐出段階を実現できる。
　本発明の第４観点および第５観点に係るスクロール圧縮機によれば、２つの吐出段階の流量が有意に変化するので、逆流の低減が確実になる。
　本発明の第６観点に係るスクロール圧縮機によれば、流量の多い吐出段階において、連通面積の増加を伴うクランク軸の回転角位置の範囲が定められる。
　本発明の第７観点に係るスクロール圧縮機によれば、流体の逆流がさらに確実に抑制される。
本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機１０の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る圧縮要素５０の中央部分の模式的な分解図である。 可動スクロール５２のラップ５２ｂの上面図である。 本発明の第１実施形態に係る圧縮要素５０の中央部分の模式的な平面図である。 本発明の第１実施形態に係る圧縮要素５０の中央部分の模式的な平面図である。 クランク軸３０の回転による連通面積Ｓの変化を示すグラフである。 比較例に係る圧縮要素５０の中央部分の模式的な平面図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る圧縮要素５０の中央部分の模式的な平面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧縮要素５０の中央部分の模式的な分解図である。 本発明の第２実施形態に係る圧縮要素５０の中央部分の模式的な平面図である。
　＜第１実施形態＞
　（１）全体構成
　図１は本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機１０の断面図である。スクロール圧縮機１０は、吸入した流体の低圧冷媒を圧縮することによって高圧冷媒にして、それを吐出するものである。スクロール圧縮機１０は、ケーシング１１、モータ２０、クランク軸３０、圧縮要素５０、高圧空間形成部材６０を備える。
　（２）詳細構成
　（２－１）ケーシング１１
　ケーシング１１は、スクロール圧縮機１０の構成要素を収容する。ケーシング１１は、胴体部１１ａと、胴体部１１ａに固定された上部１１ｂおよび下部１１ｃを有し、内部空間を形成している。ケーシング１１は、内部空間に存在する高圧冷媒の圧力に耐えうる強度を有する。ケーシング１１には、流体である低圧冷媒を吸入するための吸入管１５、および流体である高圧冷媒を吐出するための吐出管１６が設けられている。
　（２－２）モータ２０
　モータ２０は、圧縮動作に必要な動力を発生させる。モータ２０は、ケーシング１１に直接的または間接的に固定されたステータ２１、および回転可能なロータ２２を有する。モータは図示しない導線によって供給された電力によって駆動される。
　（２－３）クランク軸３０
　クランク軸３０は、モータ２０が発生させた動力を圧縮要素５０へ伝達するためのものである。クランク軸３０は、第１軸受固定部材７０および第２軸受固定部材７９にそれぞれ固定された軸受に軸支されており、ロータ２２とともに回転可能である。クランク軸３０は、主軸部３１と偏心部３２を有している。主軸部３１はロータ２２に固定されている。
　（２－４）圧縮要素５０
　圧縮要素５０は、低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒にする。圧縮要素５０は、固定スクロール５１、可動スクロール５２を有する。さらに、圧縮要素５０には、圧縮動作が行われる圧縮室５３が形成されている。
　（２－４－１）固定スクロール５１
　固定スクロール５１は、ケーシング１１に直接的または間接的に固定されている。固定スクロール５１は、平板状の鏡板５１ａと、鏡板５１ａに立設されたラップ５１ｂとを有する。ラップ５１ｂは渦巻状であり、例えばインボリュート曲線の形状を有する。鏡板５１ａの中央には吐出口５５が形成されている。
　（２－４－２）可動スクロール５２
　可動スクロール５２は、クランク軸３０の偏心部３２に取り付けられており、クランク軸３０の回転によって固定スクロール５１に対して摺動しながら公転可能である。可動スクロール５２は、平板状の鏡板５２ａと、鏡板５２ａに立設されたラップ５２ｂとを有する。ラップ５２ｂは渦巻状であり、例えばインボリュート曲線の形状を有する。
　（２－４－３）圧縮室５３
　圧縮室５３は、固定スクロール５１および可動スクロール５２に囲まれた空間である。固定スクロール５１のラップ５１ｂと可動スクロール５２のラップ５２ｂは複数箇所で互いと接触するので、複数の圧縮室５３が同時に形成される。それぞれの圧縮室５３は、可動スクロール５２の公転に伴って、圧縮要素５０の外周部分から中央部分へ移動しながらその容積を減少させてゆく。
　（２－５）高圧空間形成部材６０
　高圧空間形成部材６０は、ケーシング１１の内部空間を低圧空間６１と高圧空間６２に分割する。高圧空間形成部材６０は、固定スクロール５１の吐出口５５の近傍に設けられている。高圧空間６２は、吐出口５５の外側、第１軸受固定部材７０の下側、モータ２０の周囲、第２軸受固定部材７９の周囲を含む範囲に広がっている。
　（３）基本動作
　モータ２０は電力によって駆動され、ロータ２２を回転させる。ロータ２２の回転はクランク軸３０に伝えられ、それによって偏心部３２が可動スクロール５２を公転させる。低圧冷媒は吸入管１５から低圧空間６１へ吸入され、それから圧縮要素５０の外周部分に位置する圧縮室５３へ入る。圧縮室５３は、容積を減少させながら中央部分へ移動し、その過程で冷媒を圧縮する。圧縮室５３が中央部分へ到達したとき、圧縮によって生じた高圧冷媒は吐出口５５において圧縮要素５０の外へ出て、それから高圧空間６２へと流入し、最後に吐出管１６からケーシング１１の外へ吐出される。
　（４）詳細構造
　（４－１）吐出口５５の形状
　図２は圧縮要素５０の中央部分の模式的な分解図である。図２には、固定スクロール５１の鏡板５１ａの下側、および、それに摺動する可動スクロール５２のラップ５２ｂの上側が描かれている。固定スクロール５１の鏡板５１ａには吐出口５５が設けられている。吐出口５５は鏡板５１ａを貫通している。この吐出口５５の輪郭には、後述するずれ部５５ｘが設けられている。
　図３は可動スクロール５２のラップ５２ｂの上面図である。ラップ５２ｂの渦巻形状は、中心曲線５２ｘに沿っている。中心曲線５２ｘは例えばインボリュート曲線である。ラップ５２ｂの中心側に位置する内辺５２ｉと外側に位置する外辺５２ｏとは中心曲線５２ｘを挟んで離間しており、その離間寸法は原則としてラップ５２ｂの幅に相当する一定値である。
　図４は、圧縮要素５０の中央部分の模式的な平面図である。固定スクロール５１のラップ５１ｂは、可動スクロール５２のラップ５２ｂと同様の渦巻形状を有している。固定スクロール５１のラップ５１ｂの位置は、吐出口５５に対して固定されている。可動スクロール５２のラップ５２ｂは、吐出口５５の位置に対して相対的に移動する。ラップ５１ｂとラップ５２ｂによって規定される複数の圧縮室５３には、Ａ室５３ａとＢ室５３ｂの２種類がある。Ａ室５３ａは、固定スクロール５１のラップ５１ｂの内辺５１ｉと、可動スクロール５２のラップ５２ｂの外辺５２ｏとで規定される圧縮室である。Ｂ室５３ｂは、固定スクロール５１のラップ５１ｂの外辺５１ｏと、可動スクロール５２のラップ５２ｂの内辺５２ｉとで規定される圧縮室である。
　ラップ５２ｂは吐出口５５を部分的に覆っており、それによって吐出口５５の総面積のうちＡ室５３ａとの連通に寄与する部分の面積である連通面積Ｓを決定している。ラップ５２ｂは反時計回りに公転することによって、連通面積Ｓを増減させる。
　この図４は、公転の１周期における、ある時刻の可動スクロール５２のラップ５２ｂの位置を示している。吐出口５５の輪郭は、第１区間５５ａ、第２区間５５ｂ、第３区間５５ｃからなる。第１区間５５ａは、固定スクロール５１のラップ５１ｂの内辺５１ｉと一致する。第２区間５５ｂは、可動スクロール５２のラップ５２ｂの外辺５２ｏと一致する。第３区間５５ｃは、ラップ５１ｂの内辺５１ｉとラップ５２ｂの外辺５２ｏの間を移行する。第２区間５５ｂには、ラップ５２ｂの輪郭から吐出口５５の外側にずれた小さなずれ部５５ｘが形成されている。すなわち、第２区間５５ｂは分割された２つの区間からなり、それらの２つの区間によってずれ部５５ｘが挟まれている。
　ずれ部５５ｘは、連通面積Ｓの増加に寄与している。図４において、連通面積Ｓはずれ部５５ｘの面積に一致している。
　図５は、図４の時刻よりしばらく経過した時刻における可動スクロール５２のラップ５２ｂの位置を示している。ラップ５２ｂは公転運動によって、図４に示した位置から移動している。図５において、連通面積Ｓはずれ部５５ｘの面積を超過している。
　（４－２）連通面積Ｓの変化
　図６は、クランク軸３０の回転による連通面積Ｓの変化を示すグラフである。このグラフには、図７に示す比較例に係る圧縮要素５０の吐出口５５の連通面積Ｓの変化も併せて示されている。図７の比較例においては、本発明に係る構成とは異なり、吐出口５５の輪郭の第２区間５５ｂにはずれ部５５ｘが形成されていない。
　図６のグラフの横軸はクランク軸３０の回転角位置θである。第１回転角位置θ１は、本発明に係る圧縮要素５０のＡ室５３ａと吐出口５５が連通を開始する配置に相当する。第２回転角位置θ２は、第１回転角位置θ１よりも予備吐出区間角度Δθだけ大きい。第３回転角位置θ３は、第２回転角位置から第２回転角位置θ２よりも大きい。
　比較例に係る構成では、回転角位置θが第２回転角位置θ２に達する前には連通面積Ｓがゼロであり、回転角位置θが第２回転角位置θ２に達した後には連通面積Ｓが大きな第２増加率Ｇ２で急激に増加する。この増加は少なくとも第３回転角位置θ３まで続く。
　これに対し、本発明に係る構成では、大きな第２増加率Ｇ２での増加に先立って、回転角位置θが第１回転角位置θ１から第２回転角位置θ２へ移行する間に、連通面積Ｓが小さな第１増加率Ｇ１で増加する。
　（４－３）圧縮要素５０の動作
　本発明に係る圧縮要素５０の動作において、第１回転角位置θ１から第２回転角位置θ２までの期間に、ずれ部５５ｘの開口から流体冷媒が吐出される。この期間には連通面積Ｓが小さな第１増加率Ｇ１で増加し、「予備吐出」と呼ぶべき流量の少ない吐出が行われる。
　予備吐出は、第２回転角位置θ２と第１回転角位置θ１との差分である予備吐出区間角度Δθにわたって行われる。この予備吐出区間角度Δθは２０°以上６０°以下となるよう設計される。予備吐出が終わった後、第２回転角位置θ２から第３回転角位置θ３までの期間に、「本吐出」と呼ぶべき流量の大きい吐出が行われる。
　予備吐出においては、連通面積ＳはゼロからＳＰまで増加する。本吐出においては、連通面積ＳはＳＰから少なくともＳＦまで増加する。
　（５）特徴
　（５－１）
　複数の圧縮室５３のうちのＡ室５３ａと吐出口５５が連通し始めてから所定の間、すなわちクランク軸３０が第１回転角位置θ１から第２回転角位置θ２まで回転する間には、連通面積Ｓはゆるやかに増加する。このとき、Ａ室５３ａの内部の流体冷媒の一部が少ない流量で吐出されることによって、Ａ室５３ａの内部の流体冷媒の圧力が低下する。したがって、その後、クランク軸３０が第２回転角位置θ２から第３回転角位置θ３まで回転する間に流体冷媒がＡ室５３ａへ逆流することを抑制できる。
　（５－２）
　２０°以上６０°以下という、所定の大きさを有する予備吐出区間角度Δθが確保される。したがって、流体の逆流をより確実に抑制できる。
　（５－３）
　クランク軸３０が第１回転角位置θ１から第２回転角位置θ２まで回転する間、連通面積Ｓは吐出口５５の総面積の７％以上１５％以下となるよう設定されてもよい。この場合、流量の少ない予備吐出を確実に実現できる。
　（５－４）
　流量の多い本吐出の第２増加率Ｇ２は、流量の少ない予備吐出の第１増加率Ｇ１の２倍以上としてもよい。この場合、２つの吐出段階の流量が有意に変化するので、逆流の低減が確実になる。
　（５－５）
　流量の多い本吐出の第２増加率Ｇ２は、流量の少ない予備吐出の第１増加率Ｇ１の３倍以上としてもよい。この場合、２つの吐出段階の流量がより有意に変化するので、逆流の低減がさらに確実になる。
　（５－６）
　第３回転角位置θ３は、第２回転角位置θ２よりも９０°以上大きくなるよう定めてもよい。この場合、本吐出を実行できる回転角の範囲の大きさを保つことができる。
　（５－７）
　予備吐出区間角度Δθは３５°以上６０°以下となるよう定めてもよい。この場合、少ない流量で流体冷媒が予備吐出される予備吐出区間角度Δθの値がより大きいので、流体冷媒の逆流がさらに確実に抑制される。
　（５－８）
　ずれ部５５ｘは連通面積Ｓをわずかに増加させる。このとき、圧縮室５３のＡ室５３ａの内部の流体の一部が少ない流量でずれ部５５ｘを通って吐出され、それによってＡ室５３ａの内部の流体の圧力が低下する。したがって、流体がＡ室５３ａへ逆流することを容易な手段で抑制できる。
　（６）変形例
　図８は、本発明の上述の実施形態の変形例に係る圧縮要素５０の中央部分の模式図である。図８の変形例では、ずれ部５５ｘの形状が図４の構成と異なっている。
　この構成によれば、吐出口５５の輪郭は曲率半径が小さな区間を有しないので、スクロール圧縮機１０の製造工程において吐出口５５の加工が容易である。
　＜第２実施形態＞
　（１）構成
　図９は本発明の第２実施形態に係るスクロール圧縮機１０の圧縮要素５０の中央部分の模式的な分解図である。第２実施形態は、可動スクロール５２の鏡板５２ａの構造が第１実施形態と異なり、それ以外の構成は第１実施形態と同じである。
　図９には、固定スクロール５１のラップ５１ｂの下側、および、それに摺動する可動スクロール５２の鏡板５２ａの上側が描かれている。可動スクロール５２の鏡板５２ａには凹部５７が設けられている。凹部５７の輪郭は、吐出口５５の輪郭と合同である。
　凹部５７は例えば２ｍｍの深さを有しており、鏡板５２ａを貫通しない。凹部５７にはずれ部５７ｘが設けられている。
　図１０は、圧縮要素５０の中央部分の模式的な平面図である。吐出口５５の輪郭と凹部５７の輪郭の位置関係は、固定スクロール５１のラップ５１ｂと可動スクロール５２のラップ５２ｂの位置関係と同様に、点対称である。凹部５７は、圧縮要素５０の中央の領域において、吐出口５５と連通する。
　（２）特徴
　吐出口５５のずれ部５５ｘは、吐出口５５とＡ室５３ａの連通に関連する連通面積の増加に寄与している。同様に、凹部５７のずれ部５７ｘは、吐出口５５とＢ室５３ｂの連通に関連する連通面積の増加に寄与している。
　圧縮室５３のうちのＢ室５３ｂと吐出口５５が連通し始めてから所定の間、吐出口５５とＢ室５３ｂの連通に関連する連通面積はゆるやかに増加する。このとき、Ｂ室５３ｂの内部の流体冷媒の一部が少ない流量で吐出されることによって、Ｂ室５３ｂの内部の流体冷媒の圧力が低下する。したがって、その後、流体冷媒がＢ室５３ｂへ逆流することを抑制できる。
　（３）変形例
　第１実施形態の変形例を第２実施形態に適用してもよい。
　　　１０　　　圧縮機
　　　１１　　　ケーシング
　　　１５　　　吸入管
　　　１６　　　吐出管
　　　２０　　　モータ
　　　２１　　　ステータ
　　　２２　　　ロータ
　　　３０　　　クランク軸
　　　３１　　　主軸部
　　　３２　　　偏心部
　　　５０　　　圧縮要素
　　　５１　　　固定スクロール
　　　５１ａ　　固定スクロール鏡板
　　　５１ｂ　　固定スクロールラップ
　　　５２　　　可動スクロール
　　　５２ａ　　可動スクロール鏡板
　　　５２ｂ　　可動スクロールラップ
　　　５３　　　圧縮室
　　　５５　　　吐出口
　　　５５ｘ　　ずれ部
　　　５７　　　凹部
　　　５７ｘ　　ずれ部
　　　６０　　　高圧空間形成部材
　　　６１　　　低圧空間
　　　６２　　　高圧空間
　　　７０　　　第１軸受固定部材
　　　７９　　　第２軸受固定部材
　　　　Ｓ　　　連通面積
　　　　ＳＰ　　予備吐出時の連通面積
　　　　ＳＦ　　本吐出時の連通面積
　　　　Ｇ１　　第１増加率
　　　　Ｇ２　　第２増加率
　　　　Δθ　　予備吐出区間角度
　　　　θ　　　回転角位置
　　　　θ１　　第１回転角位置
　　　　θ２　　第２回転角位置
　　　　θ３　　第３回転角位置
特開２０１４－１０５５８９号公報

Claims (9)

  1. 　固定スクロール（５１）と、
    　前記固定スクロールに対して公転可能な可動スクロール（５２）と、
    　前記可動スクロールを公転させる回転可能なクランク軸（３０）と、
    を備え、
    　前記固定スクロールおよび前記可動スクロールは、流体を圧縮するための圧縮室（５３）を規定しており、
    　前記固定スクロールには、前記圧縮室から前記流体を吐出するための吐出口（５５）が形成されており、
    　前記可動スクロールは、前記吐出口を少なくとも部分的に覆うことによって、前記吐出口の総面積のうち前記圧縮室との連通に寄与する部分の面積である連通面積（Ｓ）を変化させることができ、
    　前記クランク軸が、前記圧縮室と前記吐出口が連通を開始する配置に相当する第１回転角位置（θ１）から、前記第１回転角位置よりも予備吐出区間角度（Δθ）だけ大きい第２回転角位置（θ２）まで回転する間は、前記連通面積は第１増加率（Ｇ１）で増加し、
    　前記クランク軸が、前記第２回転角位置から、前記第２回転角位置よりも大きい第３回転角位置（θ３）まで回転する間は、前記連通面積は第２増加率（Ｇ２）で増加し、
    　前記第２増加率（Ｇ２）は、前記第１増加率（Ｇ１）よりも大きい、
    スクロール圧縮機（１０）。
  2. 　前記予備吐出区間角度は２０°以上６０°以下である、
    請求項１に記載のスクロール圧縮機。
  3. 　前記第２回転角位置（θ２）における前記連通面積（Ｓ）は、前記吐出口の前記総面積の７％以上１５％以下である、
    請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
  4. 　前記第２増加率（Ｇ２）は、前記第１増加率（Ｇ１）の２倍以上である、
    請求項１から３のいずれか１つに記載のスクロール圧縮機。
  5. 　前記第２増加率（Ｇ２）は、前記第１増加率（Ｇ１）の３倍以上である、
    請求項４に記載のスクロール圧縮機。
  6. 　前記第３回転角位置（θ３）は、前記第２回転角位置（θ２）よりも９０°以上大きい、
    請求項１から５のいずれか１つに記載のスクロール圧縮機。
  7. 　前記予備吐出区間角度は３５°以上６０°以下である、
    請求項１から６のいずれか１つに記載のスクロール圧縮機。
  8. 　前記吐出口の輪郭は、
    　　前記可動スクロールの輪郭と一致する２つの区間（５５ｂ）と、
    　　前記可動スクロールの輪郭と一致しないずれ部（５５ｘ）と、
    を含み、
    　前記ずれ部は、前記２つの区間によって挟まれている、
    請求項１から７のいずれか１つに記載のスクロール圧縮機。
  9. 　前記可動スクロールには凹部（５７）が形成されており、
    　前記凹部の輪郭は、前記吐出口の輪郭と合同である、
    請求項１から８のいずれか１つに記載のスクロール圧縮機。
PCT/JP2017/026677 2016-07-29 2017-07-24 スクロール圧縮機 WO2018021234A1 (ja)

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